CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG CHỨA NITƠ MÃ: H06 Phần 1: MỞ ĐẦU I Lý chọn chuyên đề Hợp chất dị vòng hợp chất có chứa hệ vòng, vòng nguyên tử cacbon có nguyên tử nguyên tố khác nitơ, oxi, lưu huỳnh… Các hợp chất dị vòng phân bố rộng rãi thiên nhiên, chúng có vai trò quan trọng chu trình trao đổi chất có hoạt tính sinh học cao Vì thuốc chữa bệnh phần lớn chứa phân tử dị vòng, điều giải thích phân nửa số công trình khoa học công bố tạp chí hoá học hữu lại thuộc hợp chất dị vòng Đề thi chọn học sinh giỏi Quốc gia, quốc tế môn Hoá học hướng đến tìm, phát để phát triển đào tạo chuyên gia, nhà khoa học làm việc lĩnh vực hoá học nên thiếu kiến thức hợp chất dị vòng Tuy nhiên kiến thức hợp chất dị vòng lĩnh vực mẻ với học sinh, khó học, khó nhớ khó tiếp thu Để học sinh dễ dàng việc tìm hiểu hợp chất dị vòng, chia nhỏ hợp chất dị vòng theo mảng để nghiên cứu chuyên đề muốn chọn chia dị vòng theo dị tử chọn mảng dị vòng có nhiều ứng dụng thực tế: dị vòng có chứa dị tử nitơ II Mục đích nghiên cứu Thông qua hệ thống lý thuyết tập ví dụ nhằm giúp học sinh tiếp thu kiến thức hợp chất dị vòng có nitơ tốt hơn, từ tiếp thu tốt kiến thức dị vòng nói chung nhằm hướng tới kì thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế hướng tới công trình nghiên cứu thực tế sau hợp chất dị vòng III Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các kiến thức lý thuyết hợp chất dị vòng có nitơ Hệ thống tập áp dụng dành cho học sinh giỏi cấp IV Nhiệm vụ nghiên cứu Giúp học sinh tiếp thu kiến thức hợp chất dị vòng cách dễ dàng khoa học V Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu hợp chất dị vòng có nitơ tài liệu bồi dưỡng kiến thức cho học sinh chuyên Hóa, giáo trình dành cho sinh viên cao đẳng, đại học chuyên ngành hóa công trình khoa học nghiên cứu hợp chất dị vòng VI Giả thuyết khoa học Việc học sinh nắm vững kiến thức hợp chất dị vòng giúp em có hiểu biết mang tính khoa học logich đa dạng, phức tạp tính chất chất hữu Kiến thức hợp chất dị vòng có nitơ tiền đề giúp em có công trình khoa học sau công tác lĩnh vực liên quan đến dị vòng dược phẩm, hoá sinh học, sản xuất phẩm nhuộm Phần 2: NỘI DUNG A- LÝ THUYẾT I) Giới thiệu số hợp chất dị vòng chứa nitơ NH N NH 2-­‐   Pirolin AziriÆin PiriÆin N NH NH NH AzetiÆin 3-­‐   Pirazolin NH NH PiriÆazin N 1,2-­‐  ß ihidropiridin PiroliÆin PirimiÆin N N NH NH N PiperiÆin Pirazin Pirole N N NH NH N Azepan Pirazole N N NH NH NH PirazoliÆin ImiÆazole N N N N 1,3,5  -­‐  Triazin 1,2,4,5  -­‐  Tetrazin N NH ImiÆazoliÆin N N NH NH PiperiÆin NH 2,2'  -­‐   BipiriÆin NH NH IÆolin IÆole NH NH N IÆolizin IsoinÆole Benzimidazole N N N N N N NH N N N N Quinazolin N Cinolin Isoquinolin Quinolin Purin N N N N N Phtalazin Quinoxalin NaphtiliÆin N N N PteliÆin N N AcriÆin PhenantriÆin N N NH N Carbazole 1,7-­‐  P henantrolin N Phenazin N II) Phân loại: có nhiều để phân loại hợp chất dị vòng phạm vi chuyên đề chọn vào đặc tính vòng số lượng vòng 1) Căn vào đặc tính vòng * Dị vòng no NH NH PiperiÆin Azepan NH PiroliÆin NH NH NH NH NH NH PiperiÆin ImiÆazoliÆin PirazoliÆin * Dị vòng không no H N H N H N NH 1,2-­‐  ßihidropiridin 3-­‐  P irazolin 2-­‐  P irolin * Dị vòng thơm H N H N Pirazole Pirole PiriÆazin PiriÆin N N N N N NH N N 1,3,5  -­‐  Triazin 2) Căn vào số lượng vòng * Dị vòng đơn IÆole Quinolin N N NH NH 2-­‐   Pirolin PiroliÆin PiriÆin N NH NH NH PiperiÆin 3-­‐   Pirazolin NH NH NH N 1,2-­‐  ß ihidropiridin PirazoliÆin NH PirimiÆin N N N N NH PiperiÆin Pirole N NH N 1,3,5  -­‐  Triazin 1,2,4,5  -­‐  Tetrazin N * Dị vòng đa H N NH IÆolin N IÆole N 2,2'  -­‐   BipiriÆin N N NH IsoinÆole N Quinazolin Quinolin NH N Carbazole PhenantriÆin N AcriÆin III) Cấu trúc 1) Dị vòng no -­‐   Dfi  vflng  no NH => có tính bazơ giống amin nguyên tử Nsp3 2) Dị vòng thơm: xét cấu trúc số dị vòng điển hình a) Pirole H H N N δ+ δ- - Pirole gần không tính bazơ đôi e tham gia liên hợp tạo vòng thơm, đôi e N tham gia liên hợp làm H linh động làm pirol có tính axit pirole có liên kết H liên phân tử - Tính thơm pirole NH : NH Æ´i  e  cÒa  nit¨  tham  gia  li™n  hÓp  lµm  h ÷  c„  t›nh  th¨m,  mÀt  ÆÈ  e  trong  vflng  lÌn  h¨n  benzen    =>  P irole  ph∂n  ¯ˉng  S   E  d ‘  h ¨n  benzen - Có vị trí pirol tham gia phản ứng SE (1) (2) ưu tiên (1) trạng thái trung gian bền điện tích dương giải toả cấu trúc cộng hưởng H N (1) (2) Nếu SE vị trí (1) NH + E NH + E + NH E NH + NH E + H + Nếu SE vị trí (2) NH + E + NH NH + + NH + H E E E E + + b) Piriđin sp N N - Piriđin có tính bazơ yếu Nsp2 - Hệ thơm piriđin N N nguy™n  tˆ  N sp2  h Ût  e  lµm  mÀt  ÆÈ  e  tr™n  c∏c  nguy™n  tˆ  C  g i∂m,  n h  t  lµ  Î  c∏c  vfi  tr›  2 ,4,6 =>  PiriÆin  p h∂n  ¯ˉng  S E  k h„  h¨n  b enzen  vµ  p h∂n  ¯ˉ ng  uu  ti™n  vfi  tr›  3 ,  5 Có vị trí Piriđin tham gia phản ứng SE (1); (2); (3) ưu tiên (2) trạng thái trung gian bền (1) (3) (1) N (2) (1) Nếu SE vị trí (1) N + E + N + E N E E N + N E + H + + (*)  Æo  c  u  trÛc  (*)  c„  Æi÷n  t›ch  (+)  tr˘c  ti’p  tr™n  N  n™n  ph¯ˉc  trung  gian  k o  b “n Nếu SE vị trí (2) N N + E + + + E  Æ„  kh´ng  c„  c  u  trÛc  c„  Æi÷n  t›ch  (+)  tr˘c  ti’p  tr™n  N   Nếu SE vị trí (3) N N N + E + H E E + (*) N N + E + N N N + + + H + E E E E +  Æo  c  u  trÛc  (*)  c„  Æi÷n  t›ch  (+)  tr˘c  ti’p  tr™n  N  n™n  p h¯ˉc  trung  gian  ko  b“n - Nguyên tử N piriđin hút e hệ vòng làm mật độ e vòng giảm => Piriđin có phản ứng nucleofin vào vòng (1) N sp N (6) (2) (3) (5) (4) nguy™n  tˆ  N sp2  h Ût  e  lµm  mÀt  ÆÈ  e  tr™n  c∏c  nguy™n  tˆ  C  g i∂m,  n h  t  lµ  c∏c  v fi  tr›  2,4,6 =>  PiriÆin  tham  gia  ph∂n  ¯ˉng  S N  v µ  u u  ti™n  vfi  tr›  2,4,6 Có vị trí Piriđin tham gia phản ứng SN (1); (2); (3) ưu tiên (1) (3) trạng thái trung gian bền (2) (1) N (2) (1) Nếu SN vị trí (1) N N + Nu - Nu N Nu Nu N - N Nu + H-G - (*)  Æo  c  u  trÛc  (*)  c„  Æi÷n  t›ch  (-­‐)  tr˘c  ti’p  tr™n  N  n ™n  Æi÷n  t›ch  ©m  ÆuÓc  gi∂i  to∂,  ph¯ˉc  trung  gian  b“n Nếu SE vị trí (2) N N + Nu - - Nu  Æ„  kh´ng  c„  c  u  trÛc  c„  Æi÷n  t›ch  (+)  tr˘c  ti’p  tr™n  N   Nếu SE vị trí (3) N N N Nu Nu + H-G Nu (*) N N + Nu N N N - + H-G - Nu Nu Nu Nu  Æo  c  u  trÛc  (*)  c„  Æi÷n  t›ch  (-­‐)  tr˘c  ti’p  tr™n  N  n™n  ph¯ˉc  trung  gian  b “n IV) Tính chất hoá học 1) Dị vòng no: có tính bazơ giống amin bậc + NH2 Cl NH + - HCl 2) Dị vòng thơm a) Tính axit – bazơ * Pirol có tính bazơ tính axit - Pirole có Ka = 10-15 : phản ứng với KOH magie H K N N + + H 2O KOH - Pirole có Kb = 10-14 : tác dụng với axit mạnh bị polime hoá * Piriđin có tính bazơ + N NH Cl + - HCl b) Tính thơm: phản ứng electronfin SE - Pirole có phản ứng SE dễ bezen: phản ứng đặc trưng H N H N + HNO Æ∆c/(CH CO) O NH + o SO ,  90 C H2SO NH NO2 SO 3H + H 2O NH NH + (CH3CO)2O COCH3 250 C + CH3COOH - Piriđin có phản ứng SE khó nhiều bezen hệ e(∏) bị N hút N(giàu e nhờ hút e vòng) phản ứng với tác nhân E+ thành dạng piriđini, dạng piriđini mật độ e giảm thấp nên hoạt tính với tác nhân electrofin giảm từ 1012 - 1018 lần so với bezen N + HNO Æ∆c H2SO Æ∆c N + H 2O NO2 hi÷u  s u  t  6% b) Phản ứng nucleofin SN: N - N Li o C + + C6H5 C 6H5-Li t N o C6H5 + LiH * Trong phần tính chất hoá học nêu đại diện điển hình, sở xét đại diện áp dụng vào dị vòng khác Ví dụ: Imidazole H N (3) N (1) - Nguyên tử N3 có đôi e liên hợp tạo vòng thơm nên có đặc tính giống N pirol: N1 gần không tính bazơ, nguyên tử H trở nên linh động tạo liên kết H tính axit - Nguyên tử N1 đôi e không tham gia liên hợp nên tính bazơ tương tự N piriđin Benzimidazole (3) NH N (1) Benzimidazole - Nguyên tử N3, N1 benzimidazole có tính chất tương tự N3 N1 pirole V) Điều chế 1) Đóng vòng dạng pirole (2) có PTK lớn (1) N S (1) (2) N M = 79 M = 85 Bài tập 2: Ba số dị vòng quan trọng thiên nhiên indol, purin, benzimidazole : a So sánh nhiệt độ nóng chảy b So sánh tính bazo c So sánh tính axit Lời giải: a) - So sánh: B > C > A - Giải thích: B có nhiều trung tâm tạo liên kết H bền N-H…N1,3,9 C có trung tâm tạo liên kết H N-H…N1 A không tạo liên kết H NH 1N NH N C B > N NH > N A b) - So sánh: C > B > A - Giải thích: chất A nguyên tử N ko tính bazơ đôi electron tham gia liên hợp tạo vòng thơm, B có nguyên tử N vòng cạnh hút e làm giảm tính bazơ nguyên tử N9 so với tính bazơ nguyên tử N1 chất C (C dị tử N vòng cạnh) c) - So sánh: B > C > A - Giải thích: B có nguyên tử N1,3,9 hút e làm H N7 linh động nhất, chất C có N1 hút e A nguyên tử N hút e nên H nhóm –NH có tính axit yếu Bài tập 3: Cho chất sau: N O (A) S (B) N N H H (C) a So sánh (có giải thích) tính bazơ C, D, E, F (D) N N N (E) (F) b Chỉ rõ đặc điểm cấu trúc hợp chất E cho thấy E chất thơm So sánh khả phản ứng electrophin E với benzen cho biết vị trí phản ứng ưu tiên E c So sánh nhiệt độ sôi dãy hợp chất Lời giải: a) - So sánh: D > E > F > C - Giải thích: NH N D N N > > NH N E > C F chất D có nguyên tử N1 có tính bazơ mạnh đôi tham gia liên hợp tạo vòng thơm, N1 D nhận e từ liên hợp vào vòng đôi e nguyên tử N3 nên có giải tỏa điện tích axit liên hợp NH NH NH hoÆc N H N H N H Chất E, F đôi e nguyên tử N không tham gia liên hợp với vòng E có tính bazơ mạnh F F có dị tử N3 hút e N N > E N (hÛt  e  cÒa  N ) F C tính bazơ nguyên tử N đôi e tham gia liên hợp với vòng N H (chất C) c) * Các cấu trúc cộng hưởng pyridin: N N - Các nguyên tử C N trạng thái lai hóa sp2 liên kết σ (C-C, C- N) nằm mặt phẳng ⇒ phân tử phẳng - Nguyên tử N có 3AO – sp2 tạo liên kết σ với nguyên tử C AO lai hóa thứ chứa cặp e tự AO – p nguyên chất chứa 1e độc thân nằm thẳng góc với mặt phẳng khung σ tạo đám mây e với AO – p nguyên tử C N => Pyridin có hệ e liên hợp kín - Pyridin chứa 6e-π thỏa mãn công thức Huckel: (4n+2) => Kết luận: pyridin hợp chất thơm * Khả electrophin pyridin nhiều so với benzen nguyên tử N có độ âm điện lớn C gây hiệu ứng –I làm giảm mật độ e vòng thơm Mặt khác môi trường axit (môi trường thường sử dụng để thực phản ứng electrophin) pyridin bị proton hóa nên công electrophin vào vòng xảy khó khăn H + H N E + E+ E N H -H N H N H Sự phân cực liên kết C – N làm phân bố lại mật độ e hệ liên hợp dẫn đến phân bố lại điện tích + δ N - Tác nhân E ưu tiên công vào vị trí β (C3, C5) (E) (E) N b) - So sánh: D > C > F > E > B > A < < O S (A) t s0 320C (B) 840C N < N (E) 1150C N < < N N H H (F) (C) 1240C 1310C 2360C N (D) - Giải thích: C, D có liên kết H liên phân tử nên nhiệt độ sôi lớn A, B, E, F liên kết H H N N (D) H N N H N N (C) có liên kết H liên phân tử liên kết H xảy H nhóm NH- với hệ liên hợp khép kín nhân thơm N nên liên kết H liên phân tử yếu liên kết H (D) N H N H N H (C) (F) có nguyên tử N nên phân cực E => momen lưỡng cực (F) lớn (E) N (F) (E) > N N (B) < (E) nguyên tử N có độ âm điện lớn S nên liên kết C-N phân cực mạnh liên kết C-S dẫn đến mômen lưỡng cực E > B (B) (E) < S N (A) < (B) khối lượng phân tử B > A (A) (B) < S O MA = 68 MB = 84 Bài tập 3: Sắp xếp hợp chất: axetamit (I), DBN (II) guianidin (III) theo thứ tự tăng dần tính bazơ Giải thích? N N CH3-CONH2 (I) Lời giải: - Sắp xếp: (III) > (II) > (I) N (II) H2N H NH2 (III) - Giải thích: 2) Ở hợp chất amit, đôi electron ocbital p Nsp2 xen phủ với nhóm cacbonyl nên làm cho tính bazơ amit thấp (gần trung tính) O H3C C NH2 DBN có tính bazơ nguyên tử Nsp2 đôi e Nsp3 liên hợp sang Khi bị proton hoá điện tích dương giải toả nguyên tử N nên cation bền H N N: + + + N :N NH N + NH N Guanidin bazơ mạnh, nguyên tử Nsp2 nhận liên hợp từ đôi e nguyên tử Nsp3 Khi bị proton hóa, điện tích dương giải tỏa ba nguyên tử N, tạo nên cation bền (pKaH 13.6, mạnh gần NaOH) H2N NH NH2 H2N NH NH2 + H + H2N NH NH + + H2 N NH2 NH2 NH2 NH2 Bài tập 4: So sánh nhiệt độ sôi chất sau, giải thích? N Lời giải: - So sánh: S O NH N H + < < (5) < < O S N (4) N H (3) (2) (1) - Giải thích: (1) có liên kết N-H phân cực nên có momen lưỡng cực lớn (2), (2) chứa nguyên tử N có độ âm điện lớn S nên liên kết C-N phân cực mạnh liên kết C-S dẫn đến mômen lưỡng cực (3) (3) có PTK > (4) (4) (3) < S O MA = 68 MB = 84 (4) chứa liên kết C-O phân cực nên có momen lưỡng cực lớn (5) Bài tập 6: So sánh tính bazơ của: N N H N H Pyrol piperidin Pyridin Lời giải: - Sắp xếp tính bazơ: Piperiđin > Piriđin > Pirol - Giải thích: Piperidin có tính bazơ mạnh đôi e thuộc Nsp3 Pirol gần không tính bazơ đôi e tham gia liên hợp > > N sp3 H N sp2 Piperidin Æ´i  e  cÒa  nit¨  tham  gia  li™n  hÓp N H Piridin N H Pirol Bài tập 7: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần tính bazơ NH N NH N N NH N Lời giải: - Sắp xếp tính bazơ: (2) (1) N > N sp H N H (4) (3) sp > > N sp2 N N sp2 (5) > N H - Giải thích: (1) có tính bazơ mạnh Nsp3, Nsp2 (2) không tham gia liên hợp nhận e từ liên hợp nguyên tử N thú vòng Nsp2 (3) không bị hút e N thứ vòng (4) (5) gần không tính bazơ đôi e tham gia liên hợp Bài tập 7(QG – 2001): Xinconiđin (X) có công thức cấu tạo (hình đưới) N CH CHOH CH2 N X đồng phân lập thể C9 Xinconin (Y) 1) Hãy ghi dấu * vào nguyên tử cacbon bất đối khoanh vùng nguyên tử nitơ có tính bazơ mạnh phân tử X 2) Cho từ từ dung dịch HBr vào X nhiệt độ phòng đun nóng nhẹ, sinh sản phẩm A (C19H23BrON2), B (C19H24Br2ON2), C (C19H25Br3ON2) D (C19H24Br4N2) Chế hoá D với dung dịch KOH rượu 90o thu E (C19H20N2) Hãy viết công thức cấu tạo A , B , C , D , E Ghi dấu * vào nguyên tử cacbon bất đối phân tử D E 3) Cho C6H5COCl vào X Y thu sản phẩm có công thức C26H26N2O2 (đặt F G) F G có đồng (cùng chất) hay không? Chúng có nhiệt độ nóng chảy giống hay khác nhau? Tại sao? Lời giải: 1) sp N * C19H22ON2 * 2) CHOH * * N3 sp CH CH2 sp N CH A CHOH + NH Br CH2 - ; sp N CHBr B CHOH + NH Br CH3 - + - NH Br CHBr CH3 C CHOH + NH Br - ; + - NH Br * D * * CHBr * * + NH Br CHBr CH3 - sp N * * E CH + NH Br CH CH2 - 3) F, G đồng phân đối quang tạo từ X, Y nên không đồng có nhiệt độ nóng chảy giống sp N CH C6H5COOCH N3 sp CH2 Bài tập 5: (QG – 2004) Pirol hợp chất dị vòng với cấu trúc nêu hình vẽ Pirol phản ứng với axit nitric có mặt anhiđrit axetic tạo thành sản phẩm X với hiệu suất cao a) Viết phương trình phản ứng tạo thành X b) Phản ứng thuộc loại phản ứng ? Giải thích dựa cấu tạo pirol H H H N H H c) Giải thích vị trí pirol bị công tiến hành phản ứng chất trung gian độ bền chúng d) So sánh phản ứng nêu với phản ứng nitro hoá benzen toluen hỗn hợp HNO3 /H+ Lời giải: a) Anhidrit axetic HNO3 H N N H NO2 + CH3COOH b) Đây phản ứng electrophin pirol hợp chất dị vòng có tính thơm có cặp electron π cặp electron chưa tham gia liên kết nitơ N H N H N H H N H N c) Phản ứng electrophin pirol vị trí ortho nguyên tử nitơ, tức cacbon cạnh nguyên tử nitơ cacbocatron trung gian bền nhờ cấu trúc liên hợp NO2 NO2 N HH N NO2 N H H H H Nếu nhóm NO2+ công cacbon số so với nitơ có cấu trúc liên hợp bền không ưu tiên H NO2 H N N H H NO2 d) NO2 + HNO3 + H+ CH3 CH3 CH3 + HNO3 + H NO2 + H oÆc NO2 Do hiệu ứng liên hợp đôi electron không liên kết nitơ pirol nên vòng pirol có mật độ electron cao so với vòng benzen phản ứng electrophin pitrol dễ benzen Vòng benzen toluen có thêm nhóm –CH3 đẩy electron định hướng nhóm NO2 vào vị trí ortho pirol định hướng vào para Bài tập 4: (QG – 2009) Cho dị vòng (hình dưới) Hãy xếp dị vòng theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi; tăng dần tính bazơ nhóm –NH Giải thích? N N H N H N H (A) (B) (C) Lời giải: a) - Sắp xếp nhiệt độ sôi: C > B > A - Giải thích: C, B, A có liên kết H liên phân tử NH NH NH sp A B NH NH NH H N (3) N H (1) N N H N N C liên kết H chất C bền N3 dùng đôi e liên hợp với vòng làm tăng mật độ e N1 đồng thời làm cho H H-N3 linh động A liên kết H bền H HN linh động liên kết với Nsp3 b) - Sắp xếp tính bazơ: A > C > B - Giải thích: A tính bazơ thuộc Nsp3 B có tính bazơ nguyên tử N1, đôi e không liên hợp vào vòng B gần không tính bazơ đôi e N liên hợp với vòng tạo tính thơm N sp H (A) N (1) N sp N (3) H Æ´i  e  cÒa  N  k h´ng  tham  gia  li™n  hÓp N H (C) Æ´i  e  cÒa  n it¨  tham  gia  li™n  hÓp N H N H (B) Bài tập 5: (QG 2010) a) So sánh (có giải thích) tính bazơ hợp chất A B đây: N C6H5-CHOH-CH2NHN A C6H5-CHOH-CH2NHB b) Cho benzen, piriđin, chất hữu mạch hở chất vô Viết sơ đồ phản ứng tổng hợp A Lời giải: a) - So sánh tính bazơ: A < B - Giải thích: Ở A, tâm bazơ nguyên tử N-piriđin chịu ảnh hưởng -I +C nhóm NH Hiệu ứng không gian mạch nhánh làm khó cho proton hóa N C6H5-CHOH-CH2NHN A C6H5-CHOH-CH2NHB Ở B, tâm bazơ nguyên tử N-piriđin chịu ảnh hưởng -I (yếu cách xa hơn) +C nhóm NH Mạch nhánh không gây hiệu ứng không gian b) Phản ứng tổng hợp A C6H6 CH2=CH2 H+ C6H5CH2CH3 NH3 (láng) C6H5CH=CH2 C6H5CH-CH2 O KNH2 N to N NH2 RCOO2H C6H5CH-CH2 O C6H5-CHOH-CH2NHN A Bài tập 5: (QG 2013) So sánh (có giải thích) tính bazơ hai hợp chất X Y đây: NH2 N N (X) (Y) NH2 Lời giải: - Ở trạng thái tĩnh, nhóm NH2 vị trí octo gây hiệu ứng không gian với nguyên tử N dị vòng, đồng thời hiệu ứng –I nhóm phát huy tác dụng mạnh vị trí para, nên làm giảm mật độ e N dị vòng - Ở trạng thái động, xét độ bền axit liên hợp hai hợp chất này: H2N N + + H H2N + H δ+ + N N NH H δ+ δ+ H NH2 N + H + NH2 N + + N NH H H H δ+ δ+ δ+ Ở dạng axit liên hợp đồng phân octo xuất lực đẩy tĩnh điện hai trung tâm mang điện tích dương nguyên tử H nhóm NH2 nguyên tử H nguyên tử N bị proton hóa Lực đẩy tĩnh điện làm giảm độ bền axit liên hợp, làm cân dịch chuyển theo chiều nghịch, làm giảm lực bazơ bazơ tương ứng Bài tập 5: Để điều chế 2-phenylxiclo [3.2.2] azin (C16H11N) người ta tiến hành đun 2,6đimetylpiriđin với phenaxyl bromua 500C 48 chế hóa với NaHCO3,, nhận hợp chất A 2-phenyl-5-metylpirocolin (xem công thức) Xử lí A phenyl liti ete -300C cộng tiếp với N,N-đimetyl- fomamit đun nóng thời gian ngắn với axit axetic thu sản phẩm với hiệu suất 45% CH3 N Ph Viết chế phản ứng xảy trình điều chế (A) Hãy dẫn cấu trúc cộng hưởng quan trọng phù hợp với công thức xiclo[3.2.2]azin So sánh tính bazơ sản phẩm với anilin, so sánh khả nitro hóa với pirol piriđin Nhóm nitro vào vị trí dễ ? Bài tập 5: Cho chất: anilin, glyxerol, axit photphoric Viết sơ đồ phương trình phản ứng để điều chế N (quinolin) Lời giải: * Điều chế quinolin: phương pháp Skraup HOCH2-CHOH-CH2OH H3PO4 CH2=CH-CHO H CHO + + H + H2C=CH-CHO NH2 NH OH NH -2H NH H - H2O N Bài tập 4: Trong phòng thí nghiệm có chất hữu 4- metylpiriđin , benzen, metanol chất vô cần thiết, viết sơ đồ phản ứng tổng hợp chất X có công thức cấu tạo sau đây: CH3 H3C N CH2-CH3 Cho piriđin có công thức : N Lời giải: Cl2 askt, t0 Cl Mg/ete MgCl O OH H2O/H+ H 2SO 4, t0 -H 2O CH 2N hν CH3OH + HI CH3OH CuO O t C CH3-I Mg / ete CH3MgI CH3MgI H-CH=O H3O + CH3-CH2-OH + HBr CH3CH2-Br CH3 O O2, V2O5 O O t C H3C + CH3 O O O H3C NH t C O CH3CH2Br H3C NH3 CH3 O O CH3 O N-CH2-CH3 NaOH O LiAlH4 H3C O CH3 N-CH2-CH3 Phần 3: TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề thi đề xuất DHBB Hoá học dị vòng – Trần Quốc Sơn Cơ sở lý thuyết Hoá hữu – PGS, TS Đỗ Đình Rãng (chủ biên) Cơ sở lý thuyết Hoá hữu – GS, TSKH – Ngô Thị Thuận Đề thi HSGQG [...]... N N > > 1 NH N E 3 > C F chất D có nguyên tử N1 có tính bazơ mạnh nhất do đôi không phải tham gia liên hợp tạo vòng thơm, N1 của D còn nhận được e từ sự liên hợp vào vòng của đôi e ở nguyên tử N3 nên có sự giải tỏa điện tích trong axit liên hợp NH NH NH hoÆc N H N H N H Chất E, F đôi e của nguyên tử N không tham gia liên hợp với vòng nhưng E có tính bazơ mạnh hơn F vì F có 1 dị tử N3 hút e 1 N N > E... liên hợp với vòng N H (chất C) c) * Các cấu trúc cộng hưởng của pyridin: N N - Các nguyên tử C và N đều ở trạng thái lai hóa sp2 và các liên kết σ (C-C, C- N) nằm trên cùng 1 mặt phẳng ⇒ phân tử phẳng - Nguyên tử N có 3AO – sp2 tạo liên kết σ với 2 nguyên tử C còn AO lai hóa thứ 3 chứa cặp e tự do AO – p nguyên chất chứa 1e độc thân nằm thẳng góc với mặt phẳng khung σ tạo đám mây e duy nhất với các. .. trong dị vòng, đồng thời hiệu ứng –I của nhóm này cũng phát huy tác dụng mạnh hơn vị trí para, nên làm giảm mật độ e của N trong dị vòng - Ở trạng thái động, xét độ bền của axit liên hợp của hai hợp chất này: H2N N + + H H2N + H δ+ + N N NH H δ+ δ+ H NH2 N + H + NH2 N + + N NH H H H δ+ δ+ δ+ Ở dạng axit liên hợp của đồng phân octo xuất hiện lực đẩy tĩnh điện giữa hai trung tâm mang điện tích dương là các. .. benzen và toluen bằng hỗn hợp HNO3 /H+ Lời giải: a) Anhidrit axetic HNO3 H N N H NO2 + CH3COOH b) Đây là phản ứng thế electrophin vì pirol là một hợp chất dị vòng có tính thơm do có 2 cặp electron π và cặp electron chưa tham gia liên kết của nitơ N H N H N H H N H N c) Phản ứng thế electrophin của pirol và vị trí ortho đối với nguyên tử nitơ, tức là ở cacbon cạnh nguyên tử nitơ do cacbocatron trung... H (C) Æ´i  e  cÒa  n it¨  tham  gia  li™n  hÓp N H N H (B) Bài tập 5: (QG 2010) a) So sánh (có giải thích) tính bazơ của các hợp chất A và B dưới đây: N C6H5-CHOH-CH2NHN A C6H5-CHOH-CH2NHB b) Cho benzen, piriđin, các chất hữu cơ mạch hở và chất vô cơ Viết sơ đồ các phản ứng tổng hợp A Lời giải: a) - So sánh tính bazơ: A < B - Giải thích: Ở A, tâm bazơ là nguyên tử N-piriđin chịu ảnh hưởng -I và +C... sánh: C > B > A - Giải thích: ở chất A nguyên tử N hầu như ko còn tính bazơ do đôi electron tham gia liên hợp tạo vòng thơm, B có 2 nguyên tử N ở vòng 6 cạnh hút e làm giảm tính bazơ ở nguyên tử N9 so với tính bazơ của nguyên tử N1 ở chất C (C không có dị tử N nào ở vòng 6 cạnh) c) - So sánh: B > C > A - Giải thích: B có 3 nguyên tử N1,3,9 hút e làm H ở N7 linh động nhất, chất C có một N1 hút e còn A... benzen vì vậy phản ứng thế electrophin của pitrol dễ hơn của benzen Vòng benzen của toluen có thêm nhóm –CH3 đẩy electron định hướng nhóm NO2 vào vị trí ortho như pirol hoặc có thể định hướng vào para Bài tập 4: (QG – 2009) Cho 3 dị vòng (hình dưới) Hãy sắp xếp các dị vòng theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi; tăng dần tính bazơ của các nhóm –NH Giải thích? N N H N H N H (A) (B) (C) Lời giải: a) - Sắp... kết H của chất C bền nhất hơn do N3 dùng đôi e liên hợp với vòng làm tăng mật độ e ở N1 đồng thời làm cho H ở H-N3 linh động hơn A liên kết H kém bền nhất vì H ở HN kém linh động nhất do liên kết với Nsp3 b) - Sắp xếp tính bazơ: A > C > B - Giải thích: A tính bazơ thuộc Nsp3 B có tính bazơ ở nguyên tử N1, đôi e không liên hợp vào vòng B gần như không còn tính bazơ do đôi e của N liên hợp với vòng tạo... nhóm –NH có tính axit yếu nhất Bài tập 3: Cho các chất sau: N O (A) S (B) N N H H (C) a So sánh (có giải thích) tính bazơ của C, D, E, F (D) N N N (E) (F) b Chỉ rõ đặc điểm cấu trúc của hợp chất E cho thấy E là chất thơm So sánh khả năng phản ứng thế electrophin của E với benzen và cho biết vị trí phản ứng ưu tiên ở E c So sánh nhiệt độ sôi của dãy hợp chất trên Lời giải: a) - So sánh: D > E > F >... gian bền hơn nhờ 3 cấu trúc liên hợp NO2 NO2 N HH N NO2 N H H H H Nếu nhóm NO2+ tấn công ở cacbon số 3 so với nitơ chỉ có 2 cấu trúc liên hợp kém bền và không ưu tiên H NO2 H N N H H NO2 d) NO2 + HNO3 + H+ CH3 CH3 CH3 + HNO3 + H NO2 + H oÆc NO2 Do hiệu ứng liên hợp của đôi electron không liên kết trên nitơ của pirol nên vòng pirol có mật độ electron cao hơn so với vòng benzen vì vậy phản ứng thế electrophin